TW201738385A - 冷鐵源的熔解、精鍊爐及熔解、精鍊爐的操作方法 - Google Patents

冷鐵源的熔解、精鍊爐及熔解、精鍊爐的操作方法 Download PDF

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Abstract

本發明的解決課題在於在使用氧燃噴槍之冷鐵源的熔解、精鍊爐的操作或精鍊時，使其效率提高，而提供一種熔解、精鍊爐，具備：設置成貫通爐壁的貫通孔；設置於貫通孔之一個以上的氧燃噴槍；及量測爐內溫度的溫度計，且前述氧燃噴槍具有與爐內連通的開口，前述溫度計係設置於該開口。

Description

冷鐵源的熔解、精鍊爐及熔解、精鍊爐的操作方法
本發明係關於一種冷鐵源的熔解、精鍊爐、及熔解、精鍊爐的操作方法。
本申請案主張2016年3月31日提出申請之日本國專利申請案特願2016-073420號的優先權，並將該案援用於本案中。
使含氧之助燃性流體(例如，氧、空氣、及富氧化空氣等)噴出的同時使燃料燃燒來加熱被加熱物的燃燒器，係使用在各式各樣的生產製程中。例如，在電爐製鋼製程中，在電爐內加熱鐵屑等的原料，使之熔融時，在原料產生冷點之低溫部位，而會有原料難以在該低溫部分熔融的情形。因此，藉由使用燃燒器，可提高原料的加熱效率，降低供原料熔融的電力使用量，削減熔融成本。
此外，已知藉由助燃性流體，能夠使原料的一部分氧化、熔融、促進裁斷、進一步提高對原料的加熱效率。再者，已知藉由助燃性流體的供給，能夠促進未燃 燒流體(一氧化碳等)的燃燒。
如此，在電爐的操作中，殷切盼望能因應電爐內之原料冷鐵源的熔解狀況及未燃燒流體的產生量，使助燃性流體的注入量最佳化，從而降低注入之助燃性流體的消耗量及抑制原料的過氧化(提高良率)。
例如，專利文獻1中揭示一種熔鍊爐，為了提高藉由助燃性流體之二次燃燒時的加熱效率，而利用經高溫預熱之氧氣。此外，專利文獻2中揭示一種熔解、熔鍊爐，使用氧燃噴槍而高效率地熔解冷鐵源。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本特開2000-337776號公報
專利文獻2：日本特許第4050195號公報
然而，就專利文獻1及專利文獻2所揭示之電爐的操作方法而言，實際上，更殷切盼望能改善助燃性流體之電力量及消耗電力量的效率以進一步提高效率。
本發明係有鑑於上述情形所研創者，目的在於提高使用氧燃噴槍之冷鐵源的熔解、精鍊爐之操作或精鍊時的效率。
為解決上述課題，本發明提供以下的熔解、 精鍊爐。
(1)一種熔解、精鍊爐，係具備使含氧之助燃性流體與燃料流體朝向爐內之冷鐵源噴出的氧燃噴槍，該熔解、精鍊爐係具備：設置成貫通爐壁的貫通孔；設置於前述貫通孔之一個以上的氧燃噴槍；以及量測前述爐內溫度的溫度計；前述氧燃噴槍係具有一個以上之與爐內連通的開口，前述溫度計係設置於前述開口中之任一個開口。
(2)如上述(1)所述之熔解、精鍊爐中，用以朝前述爐內供應二次燃燒用之含氧之助燃性流體的一個以上的助燃性流體供應孔，係以貫通較前述貫通孔還上方之前述爐壁之方式設置。
(3)如上述(1)或(2)所述之熔解、精鍊爐中，用以朝前述爐內供應碳源之一個以上的碳源供應孔，係以貫通較前述貫通孔還下方之前述爐壁之方式設置。
(4)如上述(1)至(3)中任一者所述之熔解、精鍊爐，又具備：用以自前述爐內排出廢氣而設置的廢氣排放路徑；以及設置於前述廢氣排放路徑，量測於前述廢氣中所含之成分的濃度及前述廢氣之流量的至少一者的廢氣分析裝置。
(5)如上述(4)所述之熔解、精鍊爐，又具備控制裝置，自前述溫度計接收爐內溫度的量測值、及自前述廢氣分析裝置接收成分濃度及流量的量測值，分析該等量測值而傳送用以控制要供應至前述爐內之助燃性流體、燃料流體及碳源之供應量的控制信號。
此外，為解決上述課題，本發明提供以下之熔解、精鍊爐的操作方法。
(6)一種熔解、精鍊爐的操作方法，係使用氧燃噴槍使含氧的助燃性流體與燃料流體朝向爐內的冷鐵源噴出，以熔解、精鍊前述冷鐵源之爐的操作方法，該熔解、精鍊爐的操作方法係藉由設置於氧燃噴槍的溫度計量測爐內溫度，根據前述爐內溫度的量測值，控制供應至前述爐內之助燃性流體及燃料流體的供應量。
(7)一種熔解、精鍊爐的操作方法，係使用氧燃噴槍使含氧的助燃性流體與燃料流體朝向爐內的冷鐵源噴出，以熔解、精鍊前述冷鐵源之爐的操作方法，該熔解、精鍊爐的操作方法係藉由設置於氧燃噴槍的溫度計量測爐內溫度，並且量測自爐內排放之廢氣中所含之成分濃度及前述廢氣之流量，根據前述爐內溫度、成分濃度、及流量，控制供應至前述爐內之助燃性流體、燃料流體、及碳源的供應量。
本發明之熔解、精鍊爐及熔解、精鍊爐的操作方法，係在使用氧燃噴槍之冷鐵源的熔解、精鍊爐的操作或精鍊時，可使其效率提高。
1‧‧‧運轉系統
2‧‧‧熔解、精鍊爐(電爐)
2A‧‧‧爐壁
3‧‧‧電極
4‧‧‧氧燃噴槍
4A‧‧‧貫通孔
5、6‧‧‧噴槍
5A‧‧‧助燃性流體供應孔
6A‧‧‧碳源供應孔
7‧‧‧廢氣排放路徑
8‧‧‧廢氣取樣管
9‧‧‧皮氏管
10‧‧‧過濾單元
11‧‧‧廢氣分析裝置
12‧‧‧廢氣流量量測裝置
13‧‧‧氣沖單元
14‧‧‧控制單元(控制裝置)
15‧‧‧操控單元
16‧‧‧助燃性流體流量操控單元
17‧‧‧碳源操控單元
18‧‧‧助燃性流體供應管
18A‧‧‧基端測
18B‧‧‧前端側
18a‧‧‧粗徑部
18b‧‧‧喉部
18c‧‧‧擴展部
18d‧‧‧直聯部
19‧‧‧燃料流體供應管
20‧‧‧助燃性流體供應管
21、24‧‧‧迴流式水冷套
22‧‧‧輻射溫度計
23‧‧‧分隔壁
第1圖係顯示作為應用本發明之一實施形態的熔解、精鍊爐之構成的系統圖。
第2圖係放大作為應用本發明之一實施形態的熔解、精鍊爐中之爐壁附近的剖面圖。
第3圖係放大作為應用本發明之一實施形態的熔解、精鍊爐中之爐壁附近的平面圖。
第4圖係顯示可應用在作為應用本發明之一實施形態的熔解、精鍊爐中之氧燃噴槍的構成之剖面示意圖。
第5圖係放大作為應用本發明之一實施形態的熔解、精鍊爐中之設置有助燃性流體供應孔5A之爐壁2A附近的剖面圖。
第6圖係放大作為應用本發明之一實施形態的熔解、精鍊爐中之設置有助燃性流體供應孔5A之爐壁2A附近的平面圖。
第7圖係放大作為應用本發明之其他實施形態的熔解、精鍊爐中之爐壁附近的平面圖。
以下，針對作為應用本發明之一實施形態的熔解、精鍊爐，及熔解、精鍊爐的操作方法，使用圖式詳細加以說明。另外，以下說明所使用的圖式，為了容易明瞭特徵，會有適當地放大顯示特徵的部分之情形，各構成要素之尺寸比率等並不限於與實際相同。
首先，針對作為應用本發明之一實施形態的熔解、精鍊爐之構成的一例加以說明。
第1圖係顯示運轉系統1之構成的系統圖，該運轉系統1包含有作為應用本發明之一實施形態的熔解、精鍊爐 2。如第1圖所示，運轉系統1概略構成為具備：本實施形態的熔解、精鍊爐2、從上述熔解、精鍊爐2所排出之廢氣的分析單元(於後詳述)、用於上述熔解、精鍊爐2之各種供應量的操控單元(於後詳述)、以及與上述分析單元及上述操控單元電性連接的控制單元(控制裝置)14。
第2圖係放大本實施形態之熔解、精鍊爐2中之爐壁2A附近的剖面圖。此外，第3圖係放大本實施形態之熔解、精鍊爐2中之爐壁2A附近的平面圖。
如第1圖至第3圖所示，本實施形態之熔解、精鍊爐2係藉由電極3來熔解、精鍊爐內之冷鐵源的電爐。此外，熔解、精鍊爐(以下亦簡稱「電爐」)2，係以貫通爐壁2A之方式設置貫通孔4A、助燃性流體供應孔5A、及碳源供應孔6A。此外，貫通孔4A中係插入有氧燃噴槍4。
第4圖係顯示可應用在本實施形態的熔解、精鍊爐2中之氧燃噴槍4的構成之剖面示意圖。如第4圖所示，本實施形態中之氧燃噴槍4的中央係設置有供應含氧之助燃性流體的助燃性流體供應管18，氧燃噴槍4之中央部的外周係以同心圓狀之方式設置有供應燃料流體的燃料流體供應管19、助燃性流體供應管20，此外在氧燃噴槍4的外周設置有迴流式水冷套21。
另外，亦可不設置助燃性流體供應管20，而在燃料流體供應管19的外周設置迴流式水冷套21。當設置助燃性流體供應管20的情形，藉由調整助燃性流體供應管18、20之氧流量比可調整火焰長度。
助燃性流體供應管18係從基端測18A起朝向前端側18B，依序具有：具有固定內徑的粗徑部18a；內徑較粗徑部18a還小的喉部18b；內徑從喉部18b朝前端側18b漸漸擴大的擴展部18c、以及具有大致固定內徑的直聯部18d。
此外，助燃性流體供應管18的基端側18A中，為了掌握電爐2內之冷鐵源的溫度，安裝有輻射溫度計22。因必須量測冷鐵源熔穿時的溫度，因此輻射溫度計22較佳是安裝可量測600℃至2000℃左右之溫度區域者。就上述之輻射溫度計而言，例如可例舉日本CHINO CORPORATION所製「IR-SA」系列產品等。
將輻射溫度計22設置於助燃性流體供應管18時，較佳是於基端側18A設置由耐壓玻璃等所形成的分隔壁23，藉此可防止供應至該助燃性流體供應管18之助燃性氣體的洩漏並且確保量測視野。此外，由於設置氧燃噴槍4的環境容易成為高溫，故利用氣冷或水冷套來保護輻射溫度計22為佳。
此外，如第1圖所示，氧燃噴槍4係與操控單元15連接，該操控單元15係控制對於氧燃噴槍4之燃料流體及助燃性流體之供應量。此外，設置於氧燃噴槍4的輻射溫度計22係與操控單元15電性連接。再者，操控單元15係與控制單元14電性連接。因此，輻射溫度計22係經由操控單元15與控制單元14電性連接，而可傳送爐內溫度之量測值的記錄至控制單元14。另一方面，控制單 元14係可對操控單元15傳送控制信號。
如第2圖及第3圖所示，在較插入有氧燃噴槍4之貫通孔4A更上方的爐壁2A係設置有一個以上的助燃性流體供應孔5A，供以朝電爐2內供應二次燃燒用之含氧的助燃性流體。此外，該助燃性流體供應孔5A中係插入有助燃性氣體供應用之噴槍5。
第5圖係放大本實施形態中之設置有助燃性流體供應孔5A之爐壁2A附近的剖面圖。此外，第6圖係放大本實施形態中之設置有助燃性流體供應孔5A之爐壁2A附近的平面圖。
如第5圖所示，當剖面觀看爐壁2A時，助燃性流體供應孔5A的形狀係設置成以角度α從爐壁2A的外周側朝向內周側擴徑為佳。藉此，噴槍5可自由地朝上下方向變更助燃性流體之噴出方向。此外，如第6圖所示，當從爐內平面觀看爐壁2A時，助燃性流體供應孔5A的形狀係設置成左右方向間距比上下方向間距還大的形狀(例如，長圓形環狀跑道的形狀)為佳。藉此，噴槍5可自由地朝左右方向變更助燃性流體之噴出方向。
此外，噴槍5係於供應含氧之助燃性流體的助燃性流體供應管(未圖示)的外周，設置有迴流式水冷套24。藉此，若於電爐2的爐壁2A具有適當的開口(貫通孔)，則在耐火壁、水冷壁之任意者中均可自由地設置。
此外，噴槍5的噴出方向亦可自由地變更，故可因應電爐2內之廢氣的氣流，使噴出方向對向可使二 次燃燒效果發揮最大限度之方向。
此外，如第1圖所示，噴槍5係與助燃性流體操控單元16連接，該助燃性流體操控單元16係控制對於噴槍5之助燃性流體的供應量。再者，助燃性流體操控單元16係電性連接控制單元14。另一方面，控制單元14係可對助燃性流體操控單元16傳送控制信號。
如第2圖及第3圖所示，於較插入有氧燃噴槍4之貫通孔4A更下方的爐壁2A係設置有一個以上的碳源供應孔6A，供以朝電爐2內注入(供應)碳源等。此外，碳源供應孔6A中係插入有碳源供應用之噴槍6。經由該碳源供應孔6A，使藉由載送用之氣體(氮、空氣、富氧化空氣、氧等)所載送的碳供應至電爐2內。藉此，在熔鋼進行中使注入的碳與包含在熔鋼的過量氧反應，產生CO氣體並使熔渣發泡，致成為所謂的造渣(slag forming)狀態。藉此，使熔渣呈浸沒電爐2之電弧的狀態，故可使電弧的能量效率提高。
此外，如第1圖所示，噴槍6係與碳源操控單元17連接，該碳源操控單元17係控制對於噴槍6之碳源的供應量。再者，碳源操控單元17係與控制單元14電性連接。另一方面，控制單元14係可對碳源操控單元17傳送控制信號。
如第1圖所示，在供以從電爐2中排出廢氣的廢氣排放路徑7係設置有廢氣分析裝置11及廢氣流量量測裝置12。在此，從電爐2產生的廢氣係含有大量粉塵， 故廢氣分析中，對上述之粉塵的前置處理致為重要。因此，在廢氣分析裝置11的一次側係設置有：除去廢氣中之粉塵的過濾單元10及供以抽吸廢氣的取樣單元(未圖示)。此外，廢氣分析裝置11與廢氣流量量測裝置12係與控制單元14電性連接，而可將分析結果(成分分析結果、流量值)的記錄傳送至控制單元14。
廢氣排放路徑7係設置有供以取樣廢氣的探測器。具體而言，該探測器係以廢氣取樣管8及皮氏管9之兩根所構成，該廢氣取樣管8係供以CO、CO2、H2、O2、N2等之廢氣成分分析者，而皮氏管9係供以量測廢氣流量者。上述兩根之探測器係於電爐2之操作中，連續地抽吸廢氣，惟為了防止由於廢氣中之粉塵所造成的阻塞，藉由氣沖單元13定期性地加以清掃。
此外，由於上述探測器係插入至高溫的廢氣中，故以耐熱性高的合金或陶瓷製所構成，惟考量高溫氧化造成之損耗、熱衝擊造成的損壞等，較佳是具有迴流式水冷套。
如上述，本實施形態的運轉系統1中，係藉由廢氣取樣管8、皮氏管9、過濾單元10、廢氣分析裝置11、廢氣流量量測裝置12、及氣沖單元13來構成分析單元。此外，本實施形態之運轉系統1中，藉由操控單元15、助燃性流體操控單元16、及碳源操控單元17來構成操控單元。
接著，針對本實施形態之熔解、精鍊爐(電爐)2的操作方法(亦即，運轉系統1的運轉方法)之一例加 以說明。
具體而言，首先，當原料之冷鐵源插入至電爐2內時，藉由輻射溫度計22間接地量測爐內的溫度，該輻射溫度計22係設置在被設置成貫通電爐2之爐壁2A之氧燃噴槍4中之開口朝爐內之助燃性流體供應管18的基端側18A。在操作剛開始後，由於爐內溫度係判斷為「低」，故將此信號傳送給氧燃噴槍4的操控單元15，開始氧燃噴槍4的運轉(燃燒)。
與此同時，藉由廢氣分析裝置11量測於電爐2內所產生之廢氣的流量及所含之未燃燒流體的濃度，而從助燃性流體供應孔5A朝爐內注入使未燃燒流體燃燒所需之氧等的助燃性氣體並使之燃燒。藉此，使燃燒熱產生，加熱冷鐵源。另外，對應於不可燃性流體之產生量來控制助燃性氣體的流量，而能夠以供需平衡之方式朝爐內注入。
接著，所投入之冷鐵源熔解時，由於藉由輻射溫度計22判斷爐內溫度為「高」，故將此信號傳送至氧燃噴槍4的操控單元15，並停止氧燃噴槍4的運轉(燃燒)。
此時，為了除去熔鋼中的碳，亦可從氧燃噴槍4對熔鋼注入氧來加以脫碳。同時，亦可對碳源操控單元17傳送運轉信號，從碳源供應孔6A朝爐內供應碳源，致成為造渣狀態。
如以上說明，若根據本實施形態的熔解、精鍊爐(電爐)2及熔解、精鍊爐的操作方法，則在使用氧燃噴槍4之冷鐵源之熔解、精鍊爐的操作或精鍊時，可使其效 率提高。
此外，若根據本實施形態的熔解、精鍊爐(電爐)2，則使用氧燃噴槍4使含氧之助燃性流體及燃料流體朝向爐內之冷鐵源噴出，以熔解、精鍊該冷鐵源。為了設置可間接地量測爐內溫度的溫度計，該氧燃噴槍4係具有朝爐內貫通的開口，故可通過上述開口來確認爐內之冷鐵源的加熱、熔解狀況。
此外，若根據本實施形態的熔解、精鍊爐(電爐)2，在貫通孔4A之上方的爐壁2A，設置有朝爐內注入二次燃燒用之含氧之助燃性流體的助燃性流體供應孔5A。從該助燃性流體供應孔5A朝爐內噴出氧，使在冷鐵源之加熱、熔解時所產生的未燃燒流體(CO、H2等)燃燒，可藉由其燃燒的熱量來加熱冷鐵源。
此外，若根據本實施形態的熔解、精鍊爐(電爐)2，在貫通孔4A之下方的爐壁2A，設置有朝爐內注入碳源的碳源供應孔6A，可發揮作為精鍊期之碳源投入口之功能。藉此，在熔解、精鍊的步驟中，由於能夠將爐保持在密閉狀態，可高效率地進行冷鐵源的加熱、熔解。
此外，若根據含有本實施形態之熔解、精鍊爐(電爐)2的運轉系統1，在設置有氧燃噴槍4之電爐2的廢氣排放路徑7係設置有：供以量測CO、CO2、H2、O2、N2之濃度的廢氣分析裝置11、以及供量測氣體流量的廢氣流量量測裝置12，而能夠掌握在熔解、精鍊步驟中，從爐內所產生之未燃燒流體之濃度、流量。
此外，根據由上述溫度計22所量測之爐內溫度，可一面觀察爐內之冷鐵源之加熱、熔解狀況，一面適當地控制上述氧燃噴槍4的燃燒狀態(點火、熄火及流量調整)、從上述助燃性流體供應孔5A朝爐內注入之助燃性流體的流量、以及對於爐內之碳源的供應量。
此外，根據廢氣分析裝置11的量測值，配合爐內之未燃燒流體的產生狀控(量、濃度)，即可適當地控制從上述氧燃噴槍4及上述助燃性流體供應孔5A朝爐內注入之助燃性流體的流量及對於爐內之碳源的供應量。
本發明之技術範圍並不限定於上述實施形態，在未脫離本發明之宗旨的範圍內，可加入種種的變更。例如，上述實施形態的熔解、精鍊爐2中，以在插入氧燃噴槍4之貫通孔4A的上方設置一個助燃性流體供應孔5A之構成為一例加以說明，但不限於此。例如，如第7圖所示，亦可為在插入氧燃噴槍4之貫通孔4A的上方設置兩個助燃性流體供應孔5A的構成。
此外，上述實施形態之熔解、精鍊爐2中，就量測爐內溫度的溫度計而言，以使用輻射溫度計22之構成為一例加以說明，惟只要可間接地量測爐內溫度者，則不限於輻射溫度計。具體而言，例如亦可使用紅外線熱成像法(紅外線解析)、雙色輻射溫度計等。
此外，上述實施形態之熔解、精鍊爐2中，以在氧燃噴槍4之中央的助燃性流體供應管18設置輻射溫度計22的構成為一例加以說明，惟只要未於爐壁2A設置 新的貫通孔且可確保量測視野的位置，則不限於上述之構成。具體而言，亦可為設置於燃料流體供應管19或助燃性流體供應管20之一部分的構成。
(產業之可利用性)
根據本發明之熔解、精鍊爐及熔解、精鍊爐的操作方法，在使用氧燃噴槍之冷鐵源的熔解、精鍊爐的操作或精鍊時，可提高其效率。
4‧‧‧氧燃噴槍
18‧‧‧助燃性流體供應管
18A‧‧‧基端測
18B‧‧‧前端側
18a‧‧‧粗徑部
18b‧‧‧喉部
18c‧‧‧擴展部
18d‧‧‧直聯部
19‧‧‧燃料流體供應管
20‧‧‧助燃性流體供應管
21‧‧‧迴流式水冷套
22‧‧‧輻射溫度計
23‧‧‧分隔壁

Claims (7)

  1. 一種熔解、精鍊爐，係具備使含氧之助燃性流體與燃料流體朝向爐內之冷鐵源噴出的氧燃噴槍，該熔解、精鍊爐係具備：設置成貫通爐壁的貫通孔；設置於前述貫通孔之一個以上的氧燃噴槍；以及量測前述爐內溫度的溫度計；前述氧燃噴槍係具有一個以上之與爐內連通的開口，前述溫度計係設置於前述開口中之任一個開口。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之熔解、精鍊爐，其中，用以朝前述爐內供應二次燃燒用之含氧之助燃性流體的一個以上的助燃性流體供應孔，係以貫通較前述貫通孔還上方之前述爐壁之方式設置。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之熔解、精鍊爐，其中，用以朝前述爐內供應碳源之一個以上的碳源供應孔，係以貫通較前述貫通孔還下方之前述爐壁之方式設置。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之熔解、精鍊爐，又具備：用以自前述爐內排出廢氣而設置的廢氣排放路徑；以及設置於前述廢氣排放路徑，量測於前述廢氣中所 含之成分的濃度及前述廢氣之流量的至少一者的廢氣分析裝置。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之熔解、精鍊爐，又具備：控制裝置，自前述溫度計接收爐內溫度的量測值、及自前述廢氣分析裝置接收成分濃度及流量的量測值，分析該等量測值而傳送用以控制要供應至前述爐內之助燃性流體、燃料流體及碳源之供應量的控制信號。
  6. 一種熔解、精鍊爐的操作方法，係使用氧燃噴槍使含氧的助燃性流體與燃料流體朝向爐內的冷鐵源噴出，以熔解、精鍊前述冷鐵源之爐的操作方法，該熔解、精鍊爐的操作方法係：藉由設置於前述氧燃噴槍的溫度計量測爐內溫度；根據前述爐內溫度的量測值，控制供應至前述爐內之助燃性流體及燃料流體的供應量。
  7. 一種熔解、精鍊爐的操作方法，係使用氧燃噴槍使含氧的助燃性流體與燃料流體朝向爐內的冷鐵源噴出，以熔解、精鍊前述冷鐵源之爐的操作方法，該熔解、精鍊爐的操作方法係：藉由設置於前述氧燃噴槍的溫度計量測爐內溫度；並且量測自爐內排放之廢氣中所含之成分濃度及前述廢氣之流量； 根據前述爐內溫度、成分濃度、及流量，控制供應至前述爐內之助燃性流體、燃料流體、及碳源的供應量。
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